Ingeniører bruger varmefri teknologi til fleksibel elektronik, tryk metal på blomster, gelatine

Martin Thuo fra Iowa State University og Ames Laboratory klikkede gennem fotogalleriet for et af hans forskningsprojekter.

Hvad med denne? Der var en rose med metalspor trykt på et sart kronblad. Eller dette? Et krøllet ark papir med en fleksibel, programmerbart LED display. Måske dette? En gelatinecylinder med metalspor trykt over toppen.

Alle disse billeder viste den seneste anvendelse af underkølet metalteknologi udviklet af Thuo og hans forskningsgruppe. Teknologien omfatter flydende metal (i dette tilfælde Field's metal, en legering af vismut, indium og tin) fanget under dets smeltepunkt i poleret, oxidskaller, skabe partikler med en diameter på omkring 10 milliontedele af en meter.

Når skallerne brydes - med mekanisk tryk eller kemisk opløsning - flyder metallet indeni og størkner, skabe en varmefri svejsning eller, I dette tilfælde, udskrivning ledende, metalliske linjer og spor på alle slags materialer, alt fra en betonvæg til et blad.

Det kunne have alle slags applikationer, herunder sensorer til at måle den strukturelle integritet af en bygning eller væksten af ​​afgrøder. Teknologien blev også testet i papirbaserede fjernbetjeninger, der aflæser ændringer i elektriske strømme, når papiret er buet. Ingeniører testede også teknologien ved at lave elektriske kontakter til solceller og ved at screenprinte ledende linjer på gelatine, en model for blødt biologisk væv, inklusive hjernen.

"Dette arbejde rapporterer varmefrit, omgivende fremstilling af metalliske ledende sammenkoblinger og spor på alle typer substrater, " Thuo og et team af forskere skrev i et papir, der beskrev teknologien for nylig offentliggjort online af tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer .

Thuo - en assisterende professor i materialevidenskab og teknik ved Iowa State, en associeret med det amerikanske energiministeriums Ames Laboratory og en medstifter af Ames startup SAFI-Tech Inc., der kommercialiserer flydende metal-partikler - er hovedforfatteren. Medforfattere er Andrew Martin, en tidligere bachelor i Thuos laboratorium og nu en Iowa State ph.d.-studerende i materialevidenskab og teknik; Boyce Chang, en postdoc ved University of California, Berkeley, som fik sin doktorgrad i Iowa State; Zachariah Martin, Dipak Paramanik og Ian Tevis, af SAFI-Tech; Christophe Frankiewicz, en medstifter af Sep-All i Ames og en tidligere Iowa State postdoktoral forskningsmedarbejder; og Souvik Kundu, en kandidatstuderende i Iowa State i elektro- og computerteknik.

Projektet blev støttet af universitetets opstartsmidler til at etablere Thuos forskningslaboratorium i Iowa State, Thuos Black &Veatch fakultetsstipendium og et National Science Foundation Small Business Innovation Research-stipendium.

Thuo sagde, at han lancerede projektet for tre år siden som en undervisningsøvelse.

"Jeg startede det her med bachelorstuderende, " sagde han. "Jeg tænkte, at det ville være sjovt at få eleverne til at lave sådan noget. Det er et virkelig gavnligt undervisningsværktøj, fordi du ikke behøver at løse 2 millioner ligninger for at lave sofistikeret videnskab."

Og da eleverne lærte at bruge nogle få metalbearbejdningsværktøjer, de begyndte at løse nogle af de tekniske udfordringer ved fleksibel, metal elektronik.

"Eleverne opdagede måder at håndtere metal på, og det udviklede sig til en million ideer, " sagde Thuo. "Og nu kan vi ikke stoppe."

Og så har forskerne lært, hvordan man effektivt binder metalspor til alt fra vandafvisende rosenblade til vandig gelatine. Baseret på hvad de nu ved, Thuo sagde, at det ville være nemt for dem at udskrive metalliske spor på isterninger eller biologisk væv.

Alle eksperimenterne "fremhæver alsidigheden af ​​denne tilgang, " skrev forskerne i deres papir, "som gør det muligt at fremstille et væld af ledende produkter uden at beskadige basismaterialet."